Էկզոկմախքներ

Թեև վերջերս մենք ավելի ու ավելի շատ ենք լսում էկզակմախքների մասին, սակայն պարզվում է, որ այս գյուտի պատմությունը սկսվում է տասնիններորդ դարից: Պարզեք, թե ինչպես է այն փոխվել տասնամյակների ընթացքում և ինչպիսին են եղել նրա էվոլյուցիայի շրջադարձային պահերը: 

1. Նկարազարդում Նիկոլայ Յագնայի արտոնագրից

1890 – Էկզոկմախք ստեղծելու առաջին նորարար գաղափարները վերաբերում են 1890-րդ դարին: 420179 թվականին Նիկոլաս Յագնը արտոնագրեց ԱՄՆ-ում (արտոնագիր No. US XNUMX A) «Քայլելը, վազելը և ցատկելը հեշտացնող սարք» (1) Դա փայտից պատրաստված զրահ էր, որի նպատակն էր բազմակի կիլոմետրանոց երթի ժամանակ մեծացնել մարտիկի արագությունը։ Դիզայնը դարձավ ոգեշնչման աղբյուր՝ օպտիմալ լուծման հետագա որոնման համար։

1961 - 60-ականներին General Electric-ը Քոմելի համալսարանի մի խումբ գիտնականների հետ սկսեց աշխատել էլեկտրահիդրավլիկ կոստյումի ստեղծման վրա, որն աջակցում է մարդու վարժություններին: Զինվորականների հետ համագործակցությունը Man Augmentation նախագծի վրա հանգեցրեց Hardiman-ի զարգացմանը (2) Նախագծի նպատակն էր ստեղծել կոստյում, որը կկրկնօրինակեր մարդու բնական շարժումները՝ թույլ տալով նրան բարձրացնել գրեթե 700 կգ կշռող առարկաներ։ Կոստյումն ինքնին նույնն էր կշռում, բայց շոշափելի քաշը ընդամենը 20 կգ էր։

2. General Electric ջերմափոխանակիչի նախատիպը

Չնայած նախագծի հաջողությանը, պարզվեց, որ դրա օգտակարությունը չնչին էր, իսկ սկզբնական օրինակները թանկ արժեն։ Նրանց սահմանափակ շարժունակության տարբերակները և բարդ էներգահամակարգերը, ի վերջո, դարձրեցին այդ սարքերը անօգտագործելի: Փորձարկման ժամանակ պարզվել է, որ Hardiman-ը կարող է բարձրացնել միայն 350 կգ, իսկ երկար ժամանակ օգտագործելու դեպքում այն ​​հակված է վտանգավոր, չհամակարգված շարժումներ կատարելու։ Նախատիպի հետագա մշակումից հրաժարվել է միայն մեկ ձեռքը. սարքը կշռում էր մոտ 250 կգ, բայց այն նույնքան անիրագործելի էր, որքան նախորդ էկզոկմախքը:

70-ական թթ. «Իր չափի, քաշի, անկայունության և հոսանքի հետ կապված խնդիրների պատճառով Hardiman-ը երբեք չհայտնվեց արտադրության մեջ, բայց արդյունաբերական Man-Mate-ն օգտագործեց 60-ականների որոշ տեխնոլոգիաներ: Տեխնոլոգիայի իրավունքները գնել են Western Space and Marine ընկերությունները, որոնք հիմնադրվել են GE ինժեներներից մեկի կողմից: Արտադրանքը հետագայում մշակվել է և այսօր գոյություն ունի մեծ ռոբոտային թևի տեսքով, որը կարող է բարձրացնել մինչև 4500 կգ՝ օգտագործելով ուժային արձագանքը, ինչը այն դարձնում է իդեալական պողպատի արդյունաբերության համար:

3. Սերբիայի Միխայլո Պուպինի ինստիտուտում կառուցված էկզոկմախքներ:

1972 – Վաղ ակտիվ էկզոկմախքներ և մարդանման ռոբոտներ մշակվել են Սերբիայի Միխայլո Պուպինի ինստիտուտում պրոֆեսորների գլխավորած խմբի կողմից: Միոմիր Վուկոբրատովիչ. Նախ, ոտքերի շարժման համակարգեր են մշակվել՝ աջակցելու պարապլեգիայով տառապող մարդկանց վերականգնմանը (3) Ակտիվ էկզակմախքներ մշակելիս ինստիտուտը մշակել է նաև մարդու քայլվածքի վերլուծության և վերահսկման մեթոդներ։ Այս առաջընթացներից մի քանիսը նպաստել են այսօրվա բարձր արդյունավետությամբ մարդանման ռոբոտների զարգացմանը: 1972 թվականին Բելգրադի օրթոպեդիկ կլինիկայում փորձարկվել է ակտիվ էկզոկմախք՝ օդաճնշական շարժիչով և պարապլեգիկների էլեկտրոնային ծրագրավորմամբ:

1985 «Լոս Ալամոսի ազգային լաբորատորիայի ինժեները կառուցում է էկզոկմախք, որը կոչվում է Pitman, ուժային զրահ՝ հետևակայինների համար: Սարքի կառավարումը հիմնված էր սենսորների վրա, որոնք սկանավորում են գանգի մակերեսը՝ տեղադրված հատուկ սաղավարտում։ Հաշվի առնելով այն ժամանակվա տեխնոլոգիայի հնարավորությունները, այն չափազանց բարդ դիզայն էր արտադրության համար: Սահմանափակումը, առաջին հերթին, համակարգիչների անբավարար հաշվողական հզորությունն էր: Բացի այդ, ուղեղի ազդանշանների մշակումն ու դրանք էկզոկմախքի շարժումների վերածելը տեխնիկապես գործնականում անհնար էր այն ժամանակ։

4. Lifesuit-ի էկզոկմախք, որը նախագծել է Մոնթի Ռիդը:

1986 — Մոնթի Ռիդը, ԱՄՆ բանակի զինվորը, ով կոտրել է ողնաշարը սայթայդիվինգի ժամանակ, գոյատևման կոստյումի էկզոկմախք է զարգացնում (4) Նրան ոգեշնչել են Ռոբերտ Հայնլայնի «Starship Troopers» գիտաֆանտաստիկ վեպում շարժական հետևակի կոստյումների նկարագրությունները, որոնք նա կարդացել է հիվանդանոցում ապաքինվելիս: Այնուամենայնիվ, Ռիդը սկսեց աշխատել իր սարքի վրա մինչև 2001 թվականը: 2005 թվականին նա փորձարկեց 4,8 չափիչ փախուստի նախատիպը Վաշինգտոնի Սիեթլ քաղաքում Սուրբ Պատրիկի օրվա մրցավազքում: Մշակողը պնդում է, որ սահմանել է ռոբոտի կոստյումներով քայլելու արագության ռեկորդ՝ անցնելով 4 կիլոմետր 14 կմ/ժ միջին արագությամբ։ Lifesuit 1,6 նախատիպը կարողացել է ամբողջությամբ լիցքավորված անցնել 92 կմ և կարողացել է բարձրացնել XNUMX կգ:

1990 - առ այսօր - HAL էկզոկմախքի առաջին նախատիպը առաջարկվել է Յոշիյուկի Սանկայի կողմից (5), պրոֆ. Ցուկուբայի համալսարան. Սանկայը երեք տարի անցկացրեց՝ 1990-1993 թվականներին, բացահայտելով նեյրոնները, որոնք վերահսկում են ոտքերի շարժումը: Նրանից և իր թիմից ևս չորս տարի պահանջվեց սարքավորման նախատիպը ստեղծելու համար: Երրորդ HAL նախատիպը, որը մշակվել է 22-րդ դարի սկզբին, միացված էր համակարգչին։ Մարտկոցն ինքնին կշռում էր գրեթե 5 կգ, ինչը շատ անիրագործելի էր դարձնում: Ի հակադրություն, ավելի ուշ HAL-10 մոդելը կշռում էր ընդամենը 5 կգ, իսկ մարտկոցն ու կառավարման համակարգիչը փաթաթված էին օգտատիրոջ գոտկատեղին: HAL-XNUMX-ը ներկայումս չորս վերջույթների բժշկական էկզոկմախք է (թեև հասանելի է նաև միայն ստորին վերջույթների տարբերակը), որը արտադրվում է ճապոնական Cyberdyne ընկերության կողմից: Ցուկուբայի համալսարանի հետ համագործակցությամբ:

5. Պրոֆեսոր Յոշիյուկի Սանկայը ներկայացնում է էկզոկմախքի մոդելներից մեկը։

Գործում է մոտավորապես 2 ժամ 40 րոպե ինչպես ներսում, այնպես էլ դրսում: Օգնում է բարձրացնել ծանր առարկաները: Մարմնի ներսում բեռնարկղերում կառավարման և շարժիչ տարրերի դասավորությունը հնարավորություն տվեց ազատվել «ուսապարկից», որն այնքան բնորոշ է էկզոկմախքների մեծամասնությանը, որը երբեմն նման է մեծ միջատի: Հիպերտոնիայով, օստեոպորոզով և սրտի ցանկացած հիվանդություն ունեցող մարդիկ պետք է խորհրդակցեն բժշկի հետ HAL-ն օգտագործելուց առաջ, և հակացուցումները ներառում են, բայց չեն սահմանափակվում դրանով, սրտի ռիթմավարը և հղիությունը: Որպես HAL FIT ծրագրի մի մաս, արտադրողն առաջարկում է էկզոկմախքով բուժական սեանսների օգտագործման հնարավորություն ինչպես հիվանդ, այնպես էլ առողջ մարդկանց համար: Դիզայներ HAL-ը պնդում է, որ արդիականացման հաջորդ փուլերը ուղղված են լինելու բարակ կոստյում ստեղծելուն, որը թույլ կտա օգտատիրոջը ազատ տեղաշարժվել և նույնիսկ վազել։ 

2000 - պրոֆ. Հոմայուն Կազերունին և իր թիմը Ekso Bionics-ում մշակում են ունիվերսալ մարդկային բեռնափոխադրող կամ HULC (6) անլար էկզոկմախք է հիդրավլիկ շարժիչով: Դրա նպատակն է օգնել կռվող զինվորներին երկար ժամանակ տեղափոխել մինչև 90 կգ կշռող բեռներ՝ առավելագույնը 16 կմ/ժ արագությամբ: Համակարգը հանրությանը ներկայացվեց 26 թվականի փետրվարի 2009-ին AUSA Winter Symposium-ում, երբ լիցենզավորման համաձայնագիր ձեռք բերվեց Lockheed Martin-ի հետ: Այս դիզայնում օգտագործվող գերիշխող նյութը տիտանն է՝ թեթև, բայց համեմատաբար թանկ նյութ՝ բարձր մեխանիկական և ուժային հատկություններով:

Էկզոկմախքը հագեցած է ներծծող բաժակներով, որոնք թույլ են տալիս տեղափոխել մինչև 68 կգ կշռող առարկաներ (բարձրացնող սարք): Էլեկտրաէներգիան մատակարարվում է չորս լիթիում-պոլիմերային մարտկոցներից, որոնք ապահովում են սարքի նորմալ աշխատանքը օպտիմալ ծանրաբեռնվածության դեպքում մինչև 20 ժամ: Էկզոկմախքը փորձարկվել է տարբեր մարտական ​​պայմաններում և տարբեր ծանրաբեռնվածությամբ։ Մի շարք հաջող փորձերից հետո 2012 թվականի աշնանը նրան ուղարկեցին Աֆղանստան, որտեղ փորձարկվեց զինված հակամարտության ժամանակ։ Չնայած բազմաթիվ դրական արձագանքներին՝ նախագիծը կասեցվեց։ Ինչպես պարզվեց, դիզայնը դժվարացրեց որոշակի շարժումներ կատարելը և իրականում մեծացրեց մկանների բեռը, ինչը հակասում էր դրա ստեղծման ընդհանուր գաղափարին:

2001 – Ընթացքի մեջ է Berkeley Lower Exoskeleton (BLEEX) նախագիծը, որն ի սկզբանե նախատեսված էր հիմնականում բանակի համար: Դրա շրջանակներում խոստումնալից արդյունքներ են ձեռք բերվել գործնական նշանակություն ունեցող ինքնավար լուծումների տեսքով։ Առաջին հերթին ստեղծվել է ռոբոտային սարք՝ ամրացված մարմնի ստորին հատվածին՝ ոտքերին լրացուցիչ ամրություն հաղորդելու համար։ Սարքավորումը ֆինանսավորվել է Defense Advanced Research Projects Agency-ի (DARPA) կողմից և մշակվել է Berkeley Robotics and Human Engineering Laboratory-ի կողմից, որը Կալիֆորնիայի համալսարանի Բերքլիի մեխանիկական ճարտարագիտության բաժինն է: Բերքլիի էկզոկմախքի համակարգը զինվորներին հնարավորություն է տալիս նվազագույն ջանքերով և ցանկացած տեսակի տեղանքով մեծ բեռներ տեղափոխել, ինչպիսիք են սննդամթերքը, փրկարարական սարքավորումները, առաջին օգնության փաթեթները, հաղորդակցությունները և զենքերը: Բացի ռազմական կիրառություններից, BLEEX-ը ներկայումս մշակում է քաղաքացիական նախագծեր: Ռոբոտաշինության և մարդկային ճարտարագիտության լաբորատորիան ներկայումս ուսումնասիրում է հետևյալ լուծումները՝ ExoHiker - էկզոկմախք, որը նախատեսված է հիմնականում արշավախմբի անդամների համար, որտեղ կա ծանր տեխնիկա տեղափոխելու անհրաժեշտություն, ExoClimber - սարքավորում բարձր բլուրներ մագլցողների համար, Բժշկական էկզոկմախք - էկզոկմախք հաշմանդամություն ունեցող մարդկանց համար: ֆիզիկական հնարավորություններ. ստորին վերջույթների շարժունակության խանգարումներ.

8. Sarcos XOS 2-ի նախատիպը գործողության մեջ

տեքստը

2010 - հայտնվում է XOS 2 (8) Սարկոսի XOS էկզոկմախքի շարունակությունն է։ Նախ, նոր դիզայնը դարձել է ավելի թեթև և հուսալի՝ թույլ տալով մինչև 90 կգ քաշով բեռների ստատիկ բարձրացում: Սարքը կիբորգի է հիշեցնում։ Հսկողությունը հիմնված է երեսուն ակտուատորների վրա, որոնք գործում են արհեստական ​​հոդերի պես: Էկզոկմախքը պարունակում է մի քանի սենսորներ, որոնք համակարգչի միջոցով ազդանշաններ են փոխանցում ակտուատորներին: Այսպիսով, սահուն և շարունակական հսկողությունը տեղի է ունենում առանց օգտագործողի զգալի ջանքերի: XOS-ը կշռում է 68 կգ:

2011 - առ այսօր – ԱՄՆ Սննդի և դեղերի վարչությունը (FDA) հաստատում է ReWalk բժշկական էկզոկմախքը (9) Դա մի համակարգ է, որն օգտագործում է ուժի տարրեր ոտքերը ամրացնելու համար և թույլ է տալիս պարապլեգիկներին ուղիղ կանգնել, քայլել և բարձրանալ աստիճաններով: Էներգիան ապահովում է ուսապարկի մարտկոցը։ Կառավարումն իրականացվում է պարզ ձեռքի հեռակառավարման միջոցով, որը հայտնաբերում և ուղղում է օգտատիրոջ շարժումները։ Այս ամենը մշակվել է Իսրայելից Amit Goffer-ի կողմից և վաճառվում է ReWalk Robotics Ltd-ի (ի սկզբանե Argo Medical Technologies) կողմից մոտ 85 հազար PLN-ով: դոլար։

9. Մարդիկ քայլում են ReWalk էկզոկմախքներով

Թողարկման պահին սարքավորումը հասանելի էր երկու տարբերակով՝ ReWalk I և ReWalk P: Առաջինն օգտագործվում է բժշկական հաստատությունների կողմից հետազոտական ​​կամ բուժական նպատակներով՝ բժշկական մասնագետի հսկողության ներքո: ReWalk P-ը նախատեսված է հիվանդների կողմից տանը կամ հասարակական վայրերում անձնական օգտագործման համար: 2013 թվականի հունվարին թողարկվեց ReWalk Rehabilitation 2.0-ի թարմացված տարբերակը: Սա բարելավեց նստելու դիրքը բարձրահասակ մարդկանց համար և բարելավեց կառավարման ծրագրակազմը: ReWalk-ը օգտվողից պահանջում է օգտագործել հենակներ: Որպես հակացուցումներ նշվում են սրտանոթային հիվանդությունները և ոսկորների փխրունությունը։ Սահմանափակումներ են նաև հասակը` 1,6-1,9 մ սահմաններում, իսկ մարմնի քաշը` մինչև 100 կգ: Սա միակ էկզոկմախքն է, որով կարելի է մեքենա վարել։

10. eLEGS Ex Bionics-ից

2012 Ekso Bionics-ը, որը նախկինում հայտնի էր որպես Berkeley Bionics, ներկայացնում է իր բժշկական էկզոկմախքը: Նախագիծը սկսվել է երկու տարի առաջ eLEGS անունով (10), և նախատեսված էր տարբեր աստիճանի կաթվածահար մարդկանց վերականգնման համար։ Ինչպես ReWalk-ը, դիզայնը պահանջում է հենակների օգտագործում: Մարտկոցը էներգիա է ապահովում առնվազն վեց ժամ օգտագործման համար: Exo հավաքածուն արժե մոտ 100 հազ. դոլար։ Լեհաստանում հայտնի է Ekso GT էկզոկմախքի նախագիծը՝ բժշկական սարք, որը նախատեսված է նյարդաբանական հիվանդների հետ աշխատելու համար։ Դրա դիզայնը թույլ է տալիս քայլել՝ ներառյալ ինսուլտներից, ողնուղեղի վնասվածքներից հետո մարդկանց, բազմակի սկլերոզով կամ Գիլեն-Բարեի համախտանիշով հիվանդներին: Սարքավորումը կարող է գործել մի քանի տարբեր ռեժիմներով՝ կախված հիվանդի դիսֆունկցիայի աստիճանից:

2013 – Mindwalker-ը, որը վերահսկվում է էկզոկմախքի նախագիծը, ֆինանսավորում է ստանում Եվրոպական միությունից: Դիզայնը Բրյուսելի ազատ համալսարանի և Իտալիայի Սանտա Լուչիա հիմնադրամի գիտնականների համագործակցության արդյունքն է: Հետազոտողները փորձարկել են սարքը կառավարելու տարբեր եղանակներ՝ նրանք կարծում են, որ ուղեղ-նեյրո-համակարգիչ ինտերֆեյսը (BNCI) լավագույնս աշխատում է, ինչը թույլ է տալիս կառավարել այն մտքերով: Ազդանշանները անցնում են ուղեղի և համակարգչի միջև՝ շրջանցելով ողնուղեղը։ Mindwalker-ը փոխակերպում է ԷՄԳ ազդանշանները, այսինքն՝ փոքր պոտենցիալները (կոչվում են միոպոտենցիալներ), որոնք հայտնվում են մարդու մաշկի մակերեսին, երբ աշխատում են մկանները, շարժման էլեկտրոնային հրամանների: Էկզոկմախքը բավականին թեթեւ է, առանց մարտկոցների կշռում է ընդամենը 30 կգ։ Այն կաջակցի մինչև 100 կգ քաշ ունեցող մեծահասակին:

2016 – Շվեյցարիայի Ցյուրիխի ETH տեխնիկական համալսարանը հյուրընկալում է հաշմանդամություն ունեցող անձանց համար առաջին Cybathlon սպորտային մրցույթը՝ օգնող ռոբոտների օգտագործմամբ: Առարկաներից մեկը էկզոկմախքի մրցավազքն էր ստորին վերջույթների կաթված ունեցող մարդկանց համար խոչընդոտների գծով: Հմտությունների և տեխնոլոգիաների այս ցուցադրման ժամանակ էկզոկմախքի օգտագործողները պետք է կատարեին այնպիսի առաջադրանքներ, ինչպիսիք են բազմոցին նստելը և վեր կենալը, քայլել լանջերով, քայլել ժայռերի վրա (ինչպես ծանծաղ լեռնային գետն անցնելիս) և բարձրանալ աստիճաններով: Պարզվեց, որ ոչ ոք չի կարողացել յուրացնել բոլոր վարժությունները, իսկ ամենաարագ թիմերից պահանջվել է ավելի քան 50 րոպե՝ 8 մետրանոց արգելապատնեշը հաղթահարելու համար։ Հաջորդ միջոցառումը տեղի կունենա 2020 թվականին՝ որպես էկզոկմախքի տեխնոլոգիայի զարգացման ցուցանիշ։

2019 – Ամառային ցույցերի ժամանակ Մեծ Բրիտանիայի Լիմփսթոնում Commando Training Center-ում Ռիչարդ Բրաունինգը, գյուտարար և Gravity Industries-ի գործադիր տնօրենը, ցուցադրեց իր Daedalus Mark 1 էկզոկմախքի ռեակտիվ կոստյումը, որը հսկայական տպավորություն թողեց զինվորականների և ոչ միայն բրիտանացիների վրա: Վեց փոքր ռեակտիվ շարժիչներ, որոնցից երկուսը տեղադրված են հետևի մասում և երկուսը լրացուցիչ զույգերի տեսքով յուրաքանչյուր թևի վրա, թույլ են տալիս բարձրանալ մինչև 600 մ բարձրություն: Մինչ այժմ վառելիքը բավարար է միայն 10 րոպեի համար: թռիչք ...